滿開泉,丁閃峰,王婷婷
(中國鐵路蘭州局集團有限公司,蘭州 730000)
冰雪天氣對高速鐵路信號設(shè)備的影響,最嚴重的是列車積冰對軌旁設(shè)備的擊打,不僅影響信號設(shè)備的正常使用,也成為高速運行動車組安全運行的隱患[1-2];寶蘭高鐵是打通徐蘭高鐵與蘭新客專的“最后一公里”,于2017年7月開通運營。第一個冬天就發(fā)生由于冰塊砸傷應(yīng)答器造成的故障7件,道岔積雪夾冰導致道岔故障3件,道岔內(nèi)接點結(jié)霜導致的故障4件,嚴重干擾正常的行車秩序。蘭州局集團公司針對問題采取一些整治措施,本文總結(jié)整治過程,并思考工程源頭解決的思路,對工程設(shè)計提出一些建議。
王振波等同志的《高寒天氣對鐵路軌旁設(shè)備的影響及防護》中總結(jié)了哈大線冰雪對軌旁設(shè)備的影響,文中談到冰雪對應(yīng)答器、軌道電路的調(diào)諧單元、扼流變壓器、電纜盒、鋼軌引接線、轉(zhuǎn)轍機等設(shè)備都有不同程度的影響。而西北地區(qū)冰雪影響主要集中在應(yīng)答器(特別是有源應(yīng)答器)和區(qū)間軌道電路的補償電容上,列車落冰的部位集中在道心部位。而鋼軌外側(cè)設(shè)備受打擊的概率要低一些,從寶蘭客專2017年、2018年、2019年3年數(shù)據(jù)分析,未見鋼軌兩旁設(shè)備受擊打。
應(yīng)答器損壞情況主要分為2種:一是應(yīng)答器本身在遭遇雪塊擊打后損壞。二是應(yīng)答器尾纜被冰雪擊打損傷。蘭州局集團公司沒有采取哈大線降低應(yīng)答器高度的方法,主要采取防的辦法:一是為應(yīng)答器加裝防護裝置;二是改進應(yīng)答器底座,增加尾纜防護功能。
2.1.1 應(yīng)答器防護方案
為應(yīng)答器安裝的防護裝置,實質(zhì)是一個多層疊放的三角板,一個角正對列車來臨的方向,利用三角形邊將迎面而來的列車落冰導向兩側(cè),起到防護應(yīng)答器的目的。防護擋塊的高度大于應(yīng)答器的高度,用上下貫通的螺栓將防護擋塊固定在道床上,距應(yīng)答器18 cm時效果好,如圖1所示。
應(yīng)答器前安裝防護擋塊,意在防護順列車方向滑來的冰塊,并不能防護直擊冰塊。同時,受防護擋塊導引冰塊在撞擊鋼軌后,碎屑仍會對應(yīng)答器及尾纜造成一定的傷害,但已大大降低了應(yīng)答器受冰雪擊打的風險。
圖1 應(yīng)答器防護示意圖Fig.1 Schematic diagram of balise protection
蘭州局集團公司在寶蘭客專應(yīng)答器防落冰擊打?qū)嵺`中,在有源應(yīng)答器的前方均安裝了防護裝置。鑒于成本、擊打概率、施工難度考慮,未對無源應(yīng)答器加裝防護擋塊。無源應(yīng)答器雖耐砸,運營實踐中也確實少見無源應(yīng)答器被砸的案例,但綜合應(yīng)答器與防護擋塊成本比,在工程建設(shè)期一次加裝也是合算的。
2.1.2 有源應(yīng)答器尾纜防護
有源應(yīng)答器另一種損壞形式是尾纜被落冰擊打損傷,也有案例是落冰擊中應(yīng)答器尾纜后將應(yīng)答器接口打壞。由于在寒冷天氣下尾纜會變硬變脆,尤其是硬連接部位在受到冰雪擊打后更容易損壞,造成應(yīng)答器無法通信,導致設(shè)備故障。
防護的方法是改進應(yīng)答器底座,加長、加高尾纜端的底座,為尾纜增加一層防護屏障,如圖2所示。通過改進應(yīng)答器的底座,使得尾纜也有了相應(yīng)的保護,大大降低了應(yīng)答器被落冰擊打損壞的概率。
圖2 改進后的應(yīng)答器底座Fig.2 Improved balise base
事實上,有源應(yīng)答器安裝方式對其尾纜抗列車落冰有重要影響。高速鐵路應(yīng)答器的安裝規(guī)范[3]:1)應(yīng)答器應(yīng)安裝在兩鋼軌的中心位置,可以橫向、縱向安裝;2)列車最高運行速度大于350 km/h時,宜采用縱向安裝方式。如圖3、4所示。
橫向安裝加大了應(yīng)答器被擊打的面積,且暴露應(yīng)答器的尾纜,增加尾纜被擊打的可能。而采用縱向安裝時被擊打的概率會有所減少,所以建議250 km/h的線路也采用縱向安裝方式。
圖3 縱向安裝Fig.3 Vertical installation
圖4 橫向安裝Fig.4 Horizontal installation
相對于應(yīng)答器而言,區(qū)間軌道電路補償電容受列車落冰擊打防護難度更大些[4-5],落冰借動車高速動能在鋼軌間道床上高速運行,極具破壞力。中心安裝方式會將電容及導線打斷,側(cè)裝式則會砸斷引線。
側(cè)裝式電容主要砸傷引接線,現(xiàn)場多采用側(cè)裝加PE管保護的方式,如圖5所示。但效果不好,落冰可直接砸壞PE管進而打傷內(nèi)部線纜,如圖6所示是被列車落冰砸傷的補償電容引線及其保護管。曾考慮過用鋼管替代PE管,但怕鋼管固定不良會對動車安全造成致命危險,不敢試驗—事實上,現(xiàn)場確實發(fā)現(xiàn)過固定保護管的化學錨栓受落冰砸脫的案例,所以還得另想辦法。
圖5 用PE管保護的補償電容引線Fig.5 Compensation capacitor leads protected with PE tubes
圖6 被落冰砸傷的補償電容引線及保護管Fig.6 Compensation capacitor leads and protective tubes damaged by falling ice
讓信號工苦惱的是,區(qū)間軌道電路補償電容量太大,雖不一定會立即造成紅光帶影響運輸,但影響軌道電路傳輸特性,又無可靠的測試手段,只能靠信號工走區(qū)間一步步檢查,排查工作量大,所以冰雪天氣后的夜間“天窗”,必定是信號工痛苦的一夜。另外頻繁地補、拆防護管工作,也使得錨定螺栓松動,進而增加異物被高速動車吸入概率,增大動客車安全風險。這一點在寶蘭客專中已有所反應(yīng)。
預(yù)留孔道暗裝也許是根本的解決辦法。隨之而來的問題是需要在整體道床上預(yù)留孔道,這又是另一個難題,且不說工務(wù)專業(yè)施工時信號圖還需設(shè)計,即便信號專業(yè)設(shè)計時也不能一次準確確定出補償電容的位置。
BIM技術(shù)的出現(xiàn)為解決工務(wù)與信號專業(yè)的協(xié)調(diào)提供了契機,利用BIM技術(shù)對各專業(yè)接口進行仿真,或許能提高各專業(yè)間協(xié)調(diào)的可行性[6-8]。另一條路線是整體道床施工時預(yù)留標準間距的孔道,由信號專業(yè)就孔道位置設(shè)計補償電容。
不管怎么說,辦法總比困難多,希望設(shè)計部門能研究并進行嘗試。
冰雪天氣下,合理的降速運營可減小列車積冰脫落對信號軌道設(shè)備的傷害。因高鐵運營組織特點,運營調(diào)整彈性小,局部的設(shè)備故障往往會引發(fā)連鎖反應(yīng)。另一方面,信號設(shè)備故障處理時間長,特別是區(qū)間的設(shè)備故障延時會更長,而列車落冰砸壞信號設(shè)備又往往是大面積的,影響就更為嚴重。所以,有計劃地降速運營,從整體上反會減小因信號故障給運營帶來的干擾。
需要說明的是,在實際執(zhí)行中,降速申請、達速恢復(fù)對電務(wù)部門領(lǐng)導的壓力是巨大的。一方面是電務(wù)部門對動車積冰狀態(tài)不掌握,基本是靠經(jīng)驗;另一方面,列車落冰的規(guī)律性掌握也不足。限早了,影響運輸效率。限晚了,砸壞設(shè)備。
事實上,列車落冰還真不一定是管內(nèi)雪天。一是,鄰局下雪造成列車積冰,也會造成本區(qū)段落冰,從寒冷區(qū)段向相對溫暖區(qū)段過渡時尤為明顯。比如,西安局管內(nèi)下雪,列車積冰進入蘭州局管內(nèi)后落冰,電務(wù)部門是說不清楚的。二是,同是下雪天,不同車型落冰也不一樣,比如,CRH2C型動車因車體在車廂連接部位未裝防護板,無防護板部位易積冰。蘭州局集團公司電務(wù)部門曾協(xié)調(diào)車輛部門,對動車組車底涂蠟、涂油以期減少列車積冰,但效果不明顯。三是,列車落冰還與氣溫、環(huán)境有關(guān)。比如,剛?cè)攵虺醮?,冰雪天列車落冰就明顯些。再比如,寶蘭客專上行線洪亮營隧道口,就特別容易落冰砸壞設(shè)備,分析原因,是隧道內(nèi)較為溫暖,動車積冰在隧道內(nèi)消融松動,導致出洞時墜落。
其實在固定站設(shè)置除冰站是解決此問題的最根本的方法,不能設(shè)置時在區(qū)段站或關(guān)鍵地點設(shè)計視頻監(jiān)測裝置監(jiān)測車體積冰,及時發(fā)現(xiàn)列車積冰,對運營部門及時采取應(yīng)對措施是經(jīng)濟的手段,應(yīng)在設(shè)計中加以研究。
1)為應(yīng)答器增加防護裝置能改善應(yīng)答器的工作環(huán)境,有效降低列車落冰對應(yīng)答器的擊打概率,建議北方地區(qū)將高鐵應(yīng)答器增加防護裝置納入信號設(shè)計標準,考慮性價比,有源與無源應(yīng)答器均設(shè)計防護裝置。
2)有源應(yīng)答器的安裝,建議不區(qū)分250 km/h還是350 km/h,一律改為縱向安裝,以減少列車積冰脫落對應(yīng)答器的損傷概率。
3)區(qū)間軌道電路補償電容用加裝PE保護管進行防護的措施,效果不明顯,為側(cè)裝式補償電容預(yù)留孔道可從根本上解決列車落冰對其傷害。這要求設(shè)計部門進行研究,施工圖設(shè)計時工務(wù)專業(yè)與電務(wù)專業(yè)充分結(jié)合。是工務(wù)專業(yè)為補償電容預(yù)留孔道,還是工務(wù)專業(yè)預(yù)留標準孔道由信號專業(yè)“削足適履”,需要設(shè)計部門進一步研究、嘗試。
4)冰雪天氣下合理的降速運行能減少列車落冰對信號設(shè)備的傷害,運輸部門應(yīng)給予理解。同時,在區(qū)段站設(shè)計監(jiān)控裝置監(jiān)測車體積冰,及時發(fā)現(xiàn)列車積冰對運營部門及時采取應(yīng)對措施是經(jīng)濟的手段,應(yīng)在設(shè)計中加以研究。